DE2821824A1 - CYLINDRICAL FIELD MAGNET - Google Patents
CYLINDRICAL FIELD MAGNETInfo
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Description
Y',+ Γ ENTANWALT /8 2 1θ24 Y ', + Γ ENTANWALT / 8 2 1θ24
ADENAUERALLEE 30 · 2000 HAMBURG 1 · TELEFON (040) 244523ADENAUERALLEE 30 2000 HAMBURG 1 TELEPHONE (040) 244523
Aktenzeichen; Neuanraeldung File number; New registration
Anmelderin: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Applicant: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Osaka, JapanOsaka, Japan
ZYLINDRISCHER FELDMAGNETCYLINDRICAL FIELD MAGNET
Die Erfindung betrifft einen zylindrischen Feldmagneten für kleine Gleichstrommotoren.The invention relates to a cylindrical field magnet for small DC motors.
Die bisher bekannten, kleinen Gleichstrommotoren weisen einon zylindrischen Peldmagneten der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Art auf. Der im folgenden kurz als "Magnet" bezeichnete, zylindrische Feldmagnet 1 hat dabei eine gleichbleibende Wandstärke h und ist auf den zylindrischen Teil eines Gehäuses 2 aus Kunstharz umschließend aufgebracht. Der Magnet 1 wird seinerseits von einer topfförmigen Ankerwicklung 3 ohne Eisenkern drehbar umschlossen. Die Ankerwicklung 3 ist in Kunstharz eingegossen und dadurch mit einer Welle k und einem Kommutator 5 verbunden. Die zur drehbaren Lagerung der Welle k dienenden Lager 6 und 6· sind im Gehäuse 2 zu dessen zentraler Bohrung koaxial festgelegt. Ein die Ankerwicklung 3 umschließendes Joch 7 ist an einem Ende am Gehäuse 2 befestigt und am anderen Ende mit einem Träger 8 für die mit dem Kommutator 5 in schleifender Berührung stehenden Bürsten 9 versehen. Die Welle k ist von einem Druckring 10 und einem E-Ring 11 umschlossen.The previously known, small DC motors have a cylindrical field magnet of the type shown in FIGS. The cylindrical field magnet 1, hereinafter referred to for short as "magnet", has a constant wall thickness h and is applied to the cylindrical part of a housing 2 made of synthetic resin. The magnet 1 is in turn rotatably enclosed by a cup-shaped armature winding 3 without an iron core. The armature winding 3 is cast in synthetic resin and is thereby connected to a shaft k and a commutator 5. The bearings 6 and 6, which are used for the rotatable mounting of the shaft k, are fixed coaxially in the housing 2 to its central bore. A yoke 7 surrounding the armature winding 3 is fastened at one end to the housing 2 and at the other end is provided with a carrier 8 for the brushes 9 which are in sliding contact with the commutator 5. The shaft k is enclosed by a pressure ring 10 and an E-ring 11.
Bei dieser Konstruktion muß das untere Ende des zylindrischen Teiles des Gehäuses 2 einen Sitz für das Lager 61 aufweisen und das zylindrische Teil ferner eine zur Erzielung einer hinreichenden Festigkeit des Gehäuses hinreichende Wandstärke be-In this construction, the lower end of the cylindrical part of the housing 2 must have a seat for the bearing 6 1 and the cylindrical part must also have a wall thickness sufficient to achieve sufficient strength of the housing.
809848/0887809848/0887
sitzen. Daraus folgt, daß der Innendurch D als Magneten 1 größer sein muß als der Außendurchaesser des Lagers 6*. Wenn der Außendurchmesser des Motors möglichst klein gehalten werden soll, kann der Magnet 1 nur eine verringerte Wandstärke aufweisen, welche keine hinreichende Rißbeständigkeit ergibt, den gesamten magnetischen Fluß verringert und zu einer geringeren Leistungsabgabe des Motors führt. Die Verringerung der Motorleistung kann nur durch Verwendung eines Magneten mit größerer Wandstärke vermieden werden, was jedoch einen größeren Außendurchmesser des Motors verursacht,sit. It follows that the inside through D acts as a magnet 1 must be larger than the outer diameter of the bearing 6 *. if the outer diameter of the motor is to be kept as small as possible, the magnet 1 can only have a reduced wall thickness, which does not give sufficient crack resistance, the reduced total magnetic flux and leads to a lower power output of the motor. The reduction in engine power can only be avoided by using a magnet with a larger wall thickness, which, however, has a larger outer diameter of the engine
Aufgabe der Erfindung ist es, einen zylindrischen Peldmagneten der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher dieses Nachteile vermeidet und mit einfachen Mitteln ohne Vergrößerung des Außendurchmessers des Motors einen insgesamt vergrößerten magnetischen Fluß und eine erhöhte Motorleistung liefert.The object of the invention is to create a cylindrical field magnet of the type mentioned at the outset which has these disadvantages avoids and with simple means without increasing the outer diameter of the motor an overall enlarged magnetic flux and increased motor power.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der zylindrische Feldmagnet der eingangs genannten Art bei kreisförmigem Außenumfang einen nicht kreisförmigen Innenumfang und magnetische Polbereiche mit von den dazwischenliegenden Zwischenbereichen abweichender Wandstärke auf.To solve this problem, the cylindrical field magnet of the type mentioned at the beginning has a circular outer circumference non-circular inner circumference and magnetic pole areas with different areas in between Wall thickness.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Feldmagneten sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further advantageous configurations of the field magnet are described in the subclaims.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Feldmagneten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:The following are preferred embodiments of the field magnet further explained with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen bekannten Gleichstrommotor längs der Linie I - I der Figur 2, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gleichstrommotor längs der Linie II - II der Figur 1,Fig. 1 is a longitudinal section through a known direct current motor along the line I - I of FIG. 2, FIG. 2 shows a longitudinal cross section through the direct current motor the line II - II of Figure 1,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Gleichstrommotor mit erfindungsgemäßem Feldmagneten längs der Linie III III der Figur h 3 shows a longitudinal section through a direct current motor with a field magnet according to the invention along the line III III in FIG. H
809848/0887 " 5 "809848/0887 " 5 "
~5~ 2821324~ 5 ~ 2821324
Fig. h einen Längsschnitt durch den Gleichstrommotor längs der Linie IV - IV der Figur 3,FIG. H shows a longitudinal section through the direct current motor along the line IV - IV in FIG. 3,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Gleichstrommotor mit abgewandeltem Feldmagneten längs der Linie V-V der Figur 6,5 shows a longitudinal section through a direct current motor with modified field magnet along the line V-V of Figure 6,
Fig. 6 einen Querschnitt durch den Gleichstrommotor längs der Linie VI - VI der Figur 5,6 shows a cross section through the direct current motor along the line VI - VI in FIG. 5,
Fig. 7 eine graphische Darstellung des gesamten magnetischen Flusses des erfindungsgemäßen Feldma;:m)ten in Abhängigkeit von der Wandstärke,Fig. 7 is a graph of the total magnetic Flow of the field measure according to the invention;: m) th depending on the wall thickness,
Fig. 8 eine graphische Darstellung der magnetischen Flußdichte des erfindungsgemäßen und des herkömmlichen Feldraagneten,Fig. 8 is a graph showing the magnetic flux density of the present invention and the conventional one Field magnets,
Fig. 9a einen schematischen Querschnitt durch einen abgewandelten Feldmagneten,9a shows a schematic cross section through a modified one Field magnets,
Fig. 9b einen schematischen Querschnitt durch eine veiter« abgewandelte Form eines Feldmagneten,9b shows a schematic cross section through a fourth modified form of a field magnet,
Fig. 9c einen schematischen Querschnitt durch eine weitere abgewandelte Form eines Feldmagneten,9c shows a schematic cross section through another modified form of a field magnet,
Fig. 9d einen schematischen Querschnitt durch eine weitere abgewandelte Form eines Feldmagneten,9d shows a schematic cross section through another modified form of a field magnet,
Fig. 9« einen schematischen Querschnitt durch eine weitere abgewandelte Form eines Feldmagneten,9 shows a schematic cross section through another modified form of a field magnet,
Fig. 10 einen Querschnitt durch einen Gleichstrommotor mit einem weiteren abgewandelten Feldmagneten·Fig. 10 shows a cross section through a DC motor with another modified field magnet
Die in den Figuren dargestellten Gleichstrommotoren weisen
ebenso wie der bereits eingangs unter Bezugnahme auf die Figuren
1 und 2 beschriebene, herkömmliche Gleichstrommotor eine Ankerwicklung 3» eine in Lagern 6 und 61 drehbar gelagerte Welle
4, einen Kommutator 5» ein Joch 7» einen Träger 8 für die Bürsten
9, einen Druckring 10 und einen E-Ring 11 auf.The DC motors shown in the figures have
as well as the DC motor has already been described initially with reference to Figures 1 and 2, a conventional an armature winding 3 »a rotatably mounted in bearings 6 and 6 1 shaft 4, a commutator 5» a yoke 7 »a support 8 for the brushes 9, a Pressure ring 10 and an E-ring 11.
Bei der in den Figuren 3 und h dargestellten Ausführungsform besitzt der Magnet 1a einen kreisförmigen Außenumfang und einen nicht kreisförmigen Innenumfang, wobei der Innendurchmesser DIn the embodiment shown in FIGS. 3 and h , the magnet 1a has a circular outer circumference and a non-circular inner circumference, the inner diameter D
809848/Q887809848 / Q887
in der die Polbereiche bestimmenden Magnetisierungsrichtung X dem Innendurchmesser des herkömmlichen Magneten entspricht, während der Innendurchmesser in den zwischen den Polbereichen liegenden Zwischonbereichen mit Ausnahme derjenigen Bereiche, in denen der Magnet dem Sitz des Gehäuses für das Lager 61 gegenüber liegt, kleiner ist als der Durchmesser D. Die interpolaren Zwischenbereiche haben daher eine vergrößerte Wandstärke H. Der Magnet 1a besteht aus einem magnetischen Material mit hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise Alnico 6, 8 oder dergleichen. Das Gehäuse 2a aus Kunstharz ist mit dem Magneten la einstückig gegossen und trägt eingepreßte Lager 6 und 6'.in the direction of magnetization X, which determines the pole areas, corresponds to the inside diameter of the conventional magnet, while the inside diameter in the intermediate areas between the pole areas, with the exception of those areas in which the magnet is opposite the seat of the housing for the bearing 6 1 , is smaller than the diameter D. The interpolar intermediate areas therefore have an increased wall thickness H. The magnet 1a consists of a magnetic material with high magnetic permeability, for example Alnico 6, 8 or the like. The housing 2a made of synthetic resin is cast in one piece with the magnet la and carries pressed-in bearings 6 and 6 '.
Bei dem in den Figuren 5 und 6 dargestellten, abgewandelten Magneten Ib haben die zwischen den Polbereichen liegenden Zwischenbereiche mit Ausnahme ihrer gegenüberliegenden Endabschnitte einen verringerten Innendurchmesser und damiι eine vergrößerte Wandstärke. Bei dieser Konstruktion ist üer Magnet Ib relativ zu einer horizontalen Mittellinie in Figur 5 symmetrisch geformt, so daß das Gehäuse 2b zusammen mit dem Magneten 1b gegossen werden kann, ohne daß hierfür eine besondere Orientierung des Magneten 1b relativ zu dem zu gießenden Gehäuse erforderlich ist. Da das Gehäuse nicht die in Figur 3 gezeigten, dünnen Wandbereiche aufweist, kann das Kunststoffmaterial beim Guß glatt eingefüllt werden. Das dadurch erzeugte Gehäuse 2b besitzt eine verbesserte Festigkeit,In the case of the modified magnet Ib shown in FIGS. 5 and 6, the magnets lying between the pole areas have Intermediate areas with the exception of their opposite end sections a reduced inner diameter and thus a increased wall thickness. In this construction, the magnet Ib is relative to a horizontal center line in FIG symmetrically shaped so that the housing 2b can be cast together with the magnet 1b without any special Orientation of the magnet 1b relative to the housing to be cast is required. Since the housing is not the one shown in FIG Has shown, thin wall areas, the plastic material can be poured smoothly during casting. The resulting Housing 2b has improved strength,
Bei den in den Figuren 3 bis 6 dargestellten Ausführungsformen besitzen die aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität bestehenden interpolaren Zwischenbereiche der Magneten 1a beziehungsweise 1b ein« vergrößerte Wandstärke und damit einen verringerten magnetischen Widerstand, so daß insgesamt in der in Figur 7 gezeigten Weise ein vergrößerter magnetischer Fluß erzielt wird,. In Figur 7 ist das Verhältnis der größten Wand-In the embodiments shown in FIGS. 3 to 6 have the interpolar intermediate regions of the magnets 1a made of a material with high magnetic permeability or 1b an «increased wall thickness and thus a reduced magnetic resistance, so that overall in the In the manner shown in FIG. 7, an increased magnetic flux is achieved. In Figure 7, the ratio of the largest wall
B09848/0887B09848 / 0887
"7" 2821324" 7 " 2821324
stärke H des Magneten 1a oder 1b zu kleinsten Wandstärke h auf der Abscisse gegen den auf der Ordinate aufgetragenen gesamten magnetischen Fluß dargestellt. Während der herkömmliche Magnet ein Verhältnis H/h = 1 aufweist, ist zu erkennen, daß der gesamte magnetische Fluß mit dem Verhältnis H/h ansteigt. Dies zeigt an, daß der mit einem herkömmlichen Magneten erreichbare magnetische Fluß mit einem erfindungsgemäßen Magneten kleinerer Abmessung erzielt werden kann, was eine kompaktere Bauweise des Motors ermöglicht.Thickness H of the magnet 1a or 1b to the smallest wall thickness h plotted on the abscissa against the total magnetic flux plotted on the ordinate. While the conventional Magnet has a ratio H / h = 1, it can be seen that the total magnetic flux increases with the ratio H / h. This indicates that the magnetic flux achievable with a conventional magnet with one according to the invention Magnets smaller dimensions can be achieved, which allows a more compact design of the motor.
Während der Magnet im allgemeinen etwa 20 bis 30 Prozent der Materialkosten eines Motors ausmacht, wird erfindungsgemäß eine Verringerung der Herstellungskosten erreicht, da ein vorbestimmter magnetischer Fluß mit einer geringeren Menge magnetischem Material erreicht werden kann, als bisher. Der verringerte magnetische Widerstand des erfindungsgemäßen Magneten erlaubt die Verwendung einer Magnetisiervorrichtung mit verringerter Kapazität.While the magnet is generally about 20 to 30 percent of the Material costs of a motor constitutes, according to the invention, a reduction in manufacturing costs is achieved because a predetermined one magnetic flux can be achieved with a smaller amount of magnetic material than before. The diminished magnetic resistance of the magnet according to the invention allows the use of a magnetizer with reduced Capacity.
Über den insgesamt vergrößerten magnetischen Fluß hinaus hat der erfindungsgemäße Magnet die in Figur 8 in durchgezogener Linie wiedergegebene Oberflächen- Flußverteilung, während diejenige des herkömmlichen Magneten durch die gestrichelte Linie in Figur 8 wiedergegeben wird. Erfindungsgemäß ist somit der Gesamtstrom durch den Motor kleiner, so daß die Funkenbildung am Kommutator verringert ist und dieser somit keine funkenvermeidende Vorrichtung benötigt, mit geringeren Kosten gefertigt werden kann und eine längere Lebensdauer besitzt.In addition to the overall increased magnetic flux, the magnet according to the invention has that in FIG. 8 in solid lines Surface flux distribution shown by the line, while that of the conventional magnet by the broken line is reproduced in FIG. According to the invention, the total current through the motor is thus smaller, so that the spark formation is reduced on the commutator and this therefore does not require a spark-avoiding device, manufactured at lower costs and has a longer lifespan.
Da das Gehäuse normalerweise aus einem unaufwendigen, gut fließfähigen Material mit einer im Vergleich zum Magneten etwa fünf bis zehnmal höheren Schrumpfung hergestellt wird, entsteht beim Gießen des Gehäuses zusammen mit dem Magneten nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur ein Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Innenumfang des Magneten, so daß dieser relativ zum Gehäuse etwas beweglich und nicht daran festgelegt ist. Der erfindungsgemäße Magnet 1a oder 1b mit nicht kreisförmiger, sondern elliptischer innerer Umfangsfläche kann dagegen amSince the housing is usually made of an inexpensive, good Flowable material is produced with a shrinkage that is around five to ten times higher than that of a magnet when casting the housing together with the magnet after cooling to room temperature there is a gap between the Housing and the inner circumference of the magnet, so that this is somewhat movable relative to the housing and not fixed thereto. The magnet 1 a or 1 b according to the invention with not circular, but elliptical inner circumferential surface can, however, on
809848/0887 - 8 -809848/0887 - 8 -
"8" 2821324" 8 " 2821324
Gehäuse 2a oder 2b festgelegt gehalten werden.Housing 2a or 2b are held fixed.
In den Figuren 9a bis 9e sind andere Querschnittsformen des Magneten dargestellt. Die Magneten 1c bis 1g besitzen eine im Querschnitt annähernd elliptische innere Umfangsfläche. Die Magnete 1d, 1e und 1f weisen an ihrer inneren Umfangsflache mindestens einen Vorsprung auf, während der Magnet 1g Ausnehmungen in der äußeren Umfangsfläche besitzt· Bei diesen Ausführungsformen können zur ausgerichteten Festlegung des Magneten während der Fertigung leicht mit den Vorsprüngen oder Ausnehmungen in Eingriff tretende Stifte P angebracht werden. Diese Vorsprünge oder Ausnehmungen sind in ähnlicher Weise geeignet, wenn zwei oder mehrere Magnete zur Herstellung eines Motors mit größerer axialer Länge übereinander angeordnet werden sollen. Venn wie bei dem Magnet 1g an dessen äußerer Umfangsflache Ausnehmungen vorgesehen werden sollen, werden diese in den interpolaren Zwischenbereichen angeordnet. Diese Ausführungsformen sind auch von Vorteil zur Erhöhung der Festigkeit beispielsweise durch Einbau einer Verstärkungsrippe und dadurch weniger bruchgefährdet. Other cross-sectional shapes of the magnet are shown in FIGS. 9a to 9e. The magnets 1c to 1g have an inner circumferential surface which is approximately elliptical in cross section. The magnets 1d, 1e and 1f have at least one protrusion on their inner circumferential surface, while the magnet 1g has recesses in the outer circumferential surface.In these embodiments, pins that easily engage with the protrusions or recesses can be used to fix the magnet in an aligned manner during manufacture P must be attached. These projections or recesses are similarly suitable when two or more magnets are to be arranged one above the other to produce a motor with a greater axial length. If recesses are to be provided on the outer circumferential surface of the magnet 1g, these are arranged in the interpolar intermediate regions. These embodiments are also advantageous for increasing the strength, for example by installing a reinforcing rib, and are therefore less prone to breakage.
Vährend die vorstehend beschriebenen Magnete aus einen Material mit hoher magnetischer Permeabilität bestehen, ist es auch möglich, Magnete aus einem Material mit niedriger magnetischer Permeabilität, wie beispielsweise Ferrit, herzustellen, wobei jedoch umgekehrt die innere Umfangsflache des Magneten einen geringeren Durchmesser in den Polbereichen und einen den herkömmlichen Magneten entsprechenden Durchmesser in den interpolaren Zwischenbereichen aufweist, so daß die Polbereiche eine vergrößerte Wandstärke besitzen. Derartige Magneten aus einem Material mit niedriger Permeabilität haben die gleichen Vorteile, wie die vorstehend beschriebenen Magnete aus einem Material mit hoher Permeabilität.While the magnets described above from one Made of material with high magnetic permeability, it is also possible to use a material with lower magnets magnetic permeability, such as ferrite, to produce, but conversely the inner peripheral surface of the Magnets have a smaller diameter in the pole areas and a diameter corresponding to conventional magnets in the interpolar intermediate regions, so that the Pole areas have an increased wall thickness. Such magnets made of a material with low permeability the same advantages as the magnets described above made of a material with high permeability.
Die erfindungsgemäßen zylindrischen Feldmagneten für kleine Gleichstrommotoren besitzen somit bei Verwendung eines MaterialsThe cylindrical field magnets according to the invention for small DC motors thus have when using one material
809848/0887 - 9 -809848/0887 - 9 -
mit hoher magnetischer Permeabilität eine im Vergleich zu den Polbereichen vergrößerte Wandstärke in den interpolaren Zwischenbereichen, oder bei Verwendung eines Materials mit niedriger magnetischer Permeabilität eine im Vergleich zu den interpolaren Zwischenbereichen vergrößerte Wandstärke in den Polbereichen. Durch die Veränderung der Wandstärke besitzt der Magnet insgesamt einen vergrößerten magnetischen Fluß ohne Vergrößerung seines Außendurchmessers oder seines Volumens. In der Tat hat der erfindungsgemäße Magnet im Vergleich zu einem herkömmlichen Magneten gleichen Gewichts insgesamt einen um etwa 20 $ größeren Fluß, so daß ein den erfindungsgemäßen Magneten enthaltender Motor im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor gleichen Außendurchmessers eine größere Motorleistung erbringt. Darüber hinaus führt der erfindungsgemäße Magnet zu einer verbesserten Festigkeit des Magnetgehäuses.with high magnetic permeability one compared to the pole areas increased wall thickness in the interpolar intermediate areas, or when using a material with low magnetic permeability an increased wall thickness compared to the interpolar intermediate areas in the polar areas. By changing the wall thickness, the magnet has an enlarged magnetic overall Flow without increasing its outside diameter or volume. Indeed, the magnet according to the invention has in comparison to a conventional magnet the same weight a total of about $ 20 greater flux, so that a According to the invention magnets containing motor compared to a conventional motor of the same outer diameter one produces greater engine power. In addition, the inventive Magnet to improve the strength of the magnet housing.
809848/0887809848/0887
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAP | Request for examination filed | ||
| OD | Request for examination | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |